粗粒土直剪強(qiáng)度檢測概述

粗粒土，泛指顆粒粒徑大于0.075mm（即通過#200號篩）的土體，主要包括礫石、卵石、碎石、砂礫混合料等。這類材料因其粒徑大、滲透性好、承載力高等特點，廣泛應(yīng)用于土石壩、路基、擋土墻、機(jī)場跑道等大型土木工程的基礎(chǔ)與填筑工程中。粗粒土的直剪強(qiáng)度是其最重要的力學(xué)性質(zhì)之一，它直接決定了工程結(jié)構(gòu)物（如邊坡、地基、擋墻）的穩(wěn)定性與安全性。直剪強(qiáng)度檢測旨在通過室內(nèi)試驗，測定粗粒土在特定法向應(yīng)力條件下，沿預(yù)定剪切面發(fā)生剪切破壞時所能承受的最大剪應(yīng)力，進(jìn)而獲取其內(nèi)摩擦角（φ）和凝聚力（c）這兩個核心抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

與細(xì)粒土相比，粗粒土直剪強(qiáng)度檢測面臨獨特的挑戰(zhàn)。其大粒徑特征使得常規(guī)的小型直剪儀無法適用，試樣的代表性、尺寸效應(yīng)以及試樣制備過程中的顆粒擾動問題更為突出。因此，檢測過程需要采用專門的大型儀器、特定的制樣方法，并遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化程序，以確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為工程設(shè)計提供關(guān)鍵依據(jù)。

檢測項目

粗粒土直剪強(qiáng)度檢測的核心項目是測定其在不同法向應(yīng)力水平下的抗剪強(qiáng)度。具體包括：

• 峰值抗剪強(qiáng)度 (τ_f)：試樣在剪切過程中達(dá)到的最大剪應(yīng)力值，反映了土體發(fā)生破壞的臨界應(yīng)力狀態(tài)。
• 殘余抗剪強(qiáng)度 (τ_r)：試樣在發(fā)生較大位移后，剪應(yīng)力趨于穩(wěn)定時的值，反映了土體結(jié)構(gòu)完全破壞后的剩余強(qiáng)度，對分析長期穩(wěn)定性或已滑動面的穩(wěn)定性至關(guān)重要。
• 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線：記錄剪切過程中剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系曲線，用以分析土體的剪切變形特性和破壞模式（脆性或塑性）。
• 抗剪強(qiáng)度參數(shù)：基于摩爾-庫倫強(qiáng)度理論，通過繪制不同法向應(yīng)力下對應(yīng)的峰值或殘余強(qiáng)度點，擬合得到表征土體抗剪能力的兩個關(guān)鍵參數(shù)——內(nèi)摩擦角 (φ) 和凝聚力 (c)。

此外，試驗過程中通常還需監(jiān)測和記錄法向位移（反映試樣壓縮或膨脹特性）和孔隙水壓力（對于飽和或部分飽和試樣）。

檢測儀器

鑒于粗粒土顆粒粗大，必須使用大型直剪儀進(jìn)行檢測，其主要組成部分包括：

• 大型剪切盒：核心部件，通常由剛性、高強(qiáng)度的金屬（如鋼）制成。標(biāo)準(zhǔn)尺寸遠(yuǎn)大于常規(guī)直剪盒，常見的有300mm x 300mm, 300mm x 600mm, 甚至更大（如500mm x 500mm）。剪切盒分為可相對移動的上盒和下盒，兩者之間留有微小縫隙。下盒固定，上盒在水平方向可移動。盒的深度也需足以容納足夠厚的試樣。
• 法向加載系統(tǒng)：用于對試樣施加并保持恒定或分級變化的垂直荷載（法向應(yīng)力σ_n）。通常采用液壓伺服控制或杠桿砝碼加載方式，要求加載穩(wěn)定、精確、可控。
• 水平剪切加載系統(tǒng)：驅(qū)動剪切盒上盒沿水平方向移動，對試樣施加剪切力。多采用電機(jī)驅(qū)動的螺桿或液壓伺服作動器，要求能控制剪切速率（應(yīng)變控制式）或剪切力（應(yīng)力控制式），并能精確測量施加的剪應(yīng)力（τ）和產(chǎn)生的剪切位移（δh）。
• 量測系統(tǒng)：
  • 法向荷載傳感器：精確測量施加在試樣上的垂直力。
  • 剪應(yīng)力傳感器/測力計：精確測量水平剪切力。
  • 位移傳感器：高精度測量法向位移（δv）和水平剪切位移（δh）。
  • 孔隙水壓力傳感器（如需要）：安裝于試樣內(nèi)部或邊界，測量剪切過程中的孔隙水壓力變化（u），適用于飽和或非飽和土試驗。
• 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)：計算機(jī)系統(tǒng)實時采集荷載、位移、孔隙水壓力等信號，控制加載過程（如法向應(yīng)力恒定、剪切速率恒定），并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖。

檢測方法

粗粒土大型直剪試驗遵循標(biāo)準(zhǔn)化的流程：

1. 試樣制備：
   • 原狀樣：非常困難且少見。通常需采用大型原狀取土器（如大直徑薄壁取土器或凍結(jié)法），運輸和制樣過程極易擾動，成本高昂。
   • 重塑樣：最常用方法。主要采用分層擊實法。
     1. 備料：將具有代表性的風(fēng)干（或預(yù)定含水率）粗粒土料過篩，剔除超大顆粒（粒徑需小于剪切盒最小尺寸的1/5 - 1/6，通常小于60mm），按設(shè)計級配準(zhǔn)備足夠質(zhì)量。
     2. 裝樣：將剪切盒下盒固定在底座上。將計算好的單層土料均勻倒入盒內(nèi)。
     3. 擊實：使用標(biāo)準(zhǔn)擊錘（錘重、落距、擊數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計要求）對每層土進(jìn)行擊實，控制達(dá)到設(shè)計的干密度（ρ_d）和孔隙比（e）。分層厚度通常為最大粒徑的2-3倍。
     4. 表面處理：每層擊實后刮毛表面，確保層間結(jié)合良好。重復(fù)分層裝料擊實，直至達(dá)到預(yù)定高度。
     5. 安裝上盒：小心放置上盒，避免擾動試樣。在上下盒之間插入固定銷或夾板防止預(yù)剪切位移。
2. 試樣飽和（如需要）：對于需模擬飽和狀態(tài)的試驗，對試樣進(jìn)行抽氣飽和或水頭飽和。
3. 施加法向應(yīng)力 (σ_n)：
   • 按要求施加第一級法向應(yīng)力（如25 kPa, 50 kPa...）。
   • 保持法向應(yīng)力恒定。對于滲透性較好的粗粒土，固結(jié)通常較快，但仍需監(jiān)測法向位移直至穩(wěn)定（無明顯變化）。對于含細(xì)?；蝻柡驮嚇樱探Y(jié)時間可能較長。
4. 進(jìn)行剪切：
   • 拔出固定銷或松開夾板。
   • 啟動水平剪切系統(tǒng)，以恒定的剪切速率（通常很慢，如0.02 - 1.0 mm/min，具體根據(jù)土性和標(biāo)準(zhǔn)選擇）推動上盒相對于下盒移動。
   • 連續(xù)記錄剪應(yīng)力（τ）、剪切位移（δh）、法向位移（δv）和孔隙水壓力（u）。
   • 剪切持續(xù)至：
     • 剪應(yīng)力達(dá)到峰值后顯著下降（脆性破壞）。
     • 剪應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定的殘余值（殘余強(qiáng)度）。
     • 剪切位移達(dá)到預(yù)定的最大值（如試樣直徑/邊長的15%-20%）。
5. 重復(fù)試驗：在同一干密度和含水率下，對多個相同的試樣（一般至少3-4個）施加不同等級的法向應(yīng)力（如100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa），重復(fù)步驟3和4。
6. 數(shù)據(jù)處理：
   • 繪制每個試樣的剪應(yīng)力（τ）- 剪切位移（δh）曲線，確定峰值強(qiáng)度（τ_f）和/或殘余強(qiáng)度（τ_r）。
   • 繪制法向位移（δv）- 剪切位移（δh）曲線，分析剪脹或剪縮特性。
   • 以法向應(yīng)力（σ_n）為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的峰值強(qiáng)度（τ_f

     檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)證書

     

     CMA認(rèn)證

     檢驗檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定證書

     證書編號：241520345370

     有效期至：2030年4月15日

     

     CNAS認(rèn)可

     實驗室認(rèn)可證書

     證書編號：CNAS L22006

     有效期至：2030年12月1日

     

     ISO認(rèn)證

     質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書

     證書編號：ISO9001-2024001

     有效期至：2027年12月31日